TERMOLOGIATERMOLOGIA

O que é temperatura?O que é temperatura?• Temperatura é uma grandeza física que mede o grau de agitação de

moléculas ou partículas.• Quanto maior a temperatura, maior é a agitação dessas partículas e

quanto menor a temperatura, menor é o grau de agitação.

‘

Maior temperatura:

Baixo grau de agitação

Menor temperatura:

Alto grau de agitação

O que é calor?O que é calor?

• Calor é uma forma de energia, térmica, em trânsito devido a uma diferença de temperatura entre dois corpos ou sistemas.

Equilíbrio Térmico:Equilíbrio Térmico:

Ocorre quando a temperatura dos Ocorre quando a temperatura dos corpos se igualam, ou seja, possuem corpos se igualam, ou seja, possuem

o mesmo valor.o mesmo valor.

Equilíbrio térmicoEquilíbrio térmico

• Ocorre quando dois corpos, em temperaturas diferentes, atingem a mesma temperatura por meio de um processo de trocas de calor (condução, convecção e/ou irradiação).

• Exemplo: A mistura de água quente com água fria, ocasiona em uma mistura comumente chamada de “água morna”. Mas na verdade, a “água morna” é o equilíbrio térmico entre a água quente e fria.

• Para a medida de temperatura, usam-se termômetros;

• Usa-se uma substância termométrica, como o mercúrio e uma escala para registro do valor da temperatura.

Medida de temperaturaMedida de temperatura

Escalas termométricasEscalas termométricas

Atualmente temos três escalas importantes em uso:

Celsius, Fahrenheit e Kelvin

Escala Celsius:

(Anders Celsius, 1701- 1744 )

Foi uma escala construída, tomando-se como referência a temperatura do gelo fundente como primeiro ponto fixo e a temperatura do vapor d´água em ebulição como segundo ponto fixo, atribuindo para estes dois pontos os valores 00C e 1000C respectivamente.

Escala Fahrenheit:Escala Fahrenheit:

Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736)

Existem várias versões para a construção da escala Fahrenheit, mas nenhuma delas confirmada. Porém sabemos que nesta escala o ponto de gelo fundente e o vapor d´água em ebulição são registradas com os valores 320F e 2120F.

Escala KelvinEscala KelvinÉ a escala oficial do Sistema Internacional admitida para a temperatura termodinâmica, onde o valor correspondente ao gelo fundente é 273,15K e para o vapor d´água em ebulição é 373,15K. É também chamada de escala absoluta ou científica pois define como 0K (zero absoluto) a temperatura teórica em que as partículas que compõem um corpo estariam paralisadas.

William Thomson (Lorde Kelvin)

(1824 – 1907)

Conversão entre as escalas:Conversão entre as escalas:

C F T

A equação de conversão de escalas é:

A equação de conversão de escalas é:

5

273

9

32

5

KFC TTT

ZERO ABSOLUTO:ESCALA KELVIN

ZERO ABSOLUTO:ESCALA KELVIN

• É a menor temperatura admissível. É o estágio que, se fosse alcançado, não haveria agitação alguma das partículas e/ou moléculas.

• Não é possível alcançar o “zero absoluto”.

Construção de uma escala qualquer

X Y

X1

X2

X

Y1

Y

Y2

12

1

12

1

YY

YY

XX

XX

Dilatação TérmicaDilatação Térmica

Dilatação Térmica em SólidosDilatação Térmica em Sólidos

• Quando varia-se a temperatura de um material sólido, suas dimensões variam.

• Geralmente, quando aumenta-se a temperatura, as dimensões do material aumentam.

• Assim como, se diminuída a temperatura, as dimensões diminuem (contração térmica).

• Existem três tipos de dilatações em sólidos: Dilatação térmica linear (uma dimensão:

comprimento);Dilatação térmica superficial (duas

dimensões: comprimento e largura);Dilatação térmica volumétrica (três

dimensões: comprimento, largura e altura).

Dilatação térmica linearDilatação térmica linear

Estuda a dilatação em apenas uma dimensão (comprimento).

TLL 0

onde α (alfa) é o coeficiente de dilatação linear e sua unidade no SI é K-1. Outra unidade empregada é o °C-1.

Dilatação Térmica SuperficialDilatação Térmica Superficial

Estuda a dilatação em duas dimensões (comprimento e largura).

2

)1(0

0

0

TAA

AAA

TAA

onde β é o coeficiente de dilatação superficial e sua unidade no SI é K-

1.

Dilatação Térmica VolumétricaDilatação Térmica VolumétricaEstuda a dilatação em três dimensões (comprimento, largura e espessura).

3

)1(0

0

0

TVV

VVV

TVV

onde γ é o coeficiente de dilatação volumétrica e sua unidade no SI é K-1.

Quantidade de calor de um corpo (Q)Quantidade de calor de um corpo (Q)

• Variáveis que influenciam na quantidade de calor absorvida ou cedida por um corpo:

- Massa m (quanto maior a massa, maior é a quantidade calor absorvida ou cedida pelo corpo);

- Variação de temperatura ∆T (quanto maior for a variação de temperatura, maior também é a quantidade de calor absorvida ou cedida pelo corpo);

- A característica físico-química do material interferem na quantidade de calor que o corpo absorve ou cede.

Quantidade de calor de um corpo

Quantidade de calor de um corpo

• Reunindo essas observações temos que:

onde c é o calor específico do material. Como calor é um tipo de energia, sua unidade no SI é:

J (joule)

TmcQ

Unidades de calor específicoUnidades de calor específico

• Observando a expressão:

Reescrevendo-a:

Unidade no SI de calor específico: J/kg.K

Outra unidade utilizada, porém não pertence ao SI: J/kg.°C

TmcQ

Tm

Qc

Caloria e calor específico da água

Caloria e calor específico da água

• Uma caloria (1 cal) é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1g de água em 1°C no intervalo de 14,5°C a 15,5°C.

CgcalcCg

calc

Tm

Qc águaágua

/1

11

1

Relação entre caloria e jouleRelação entre caloria e joule

• É conhecido também como equivalente mecânico do calor. Sua relação é:

A relação para os valores de calor específico:

Jcal 186,41

CkgJCgcal

Ckg

J

Cg

cal

/4200/1

1100,1

2,4

11

13

ExemplosExemplos

1) Um bloco de massa 200g e de determinado metal sofre um acréscimo de temperatura de 45°C quando absorve 8400J de calor. Qual é o calor específico desse material em cal/g°C? (Considere 1cal=4,2J)

Capacidade térmicaCapacidade térmica

• Trata-se da situação em que dois ou mais corpos absorvem a uma quantidade de calor e a variação de temperatura que cada um sofre é diferente.

• Sua unidade no SI é o J/K. Outras unidades (mas não no SI) J/°C, cal/°C.

T

QC

Trocas de calorTrocas de calor- Baseia-se no Princípio da Conservação de Energia;

- Assim na troca de calor de corpos:

1) O corpo que cede energia (calor) sofre um resfriamento (a temperatura final é menor que a inicial) e decorre que essa quantidade de calor é negativa;

2) O corpo que recebe essa energia (calor) sofre um aquecimento (a temperatura final é maior que a inicial) e decorre que essa quantidade de calor é positiva;

3) Por fim para dois corpos:

Qrecebido = - Qcedido

Qrecebido + Qcedido = 0

Para casos mais gerais:Para casos mais gerais:• Para um sistema isolado:

∑Qrecebido + ∑ Qcedido = 0

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